Chapitre 05 · Sujet 4 sur 6
Le schéma IT
En IT, le neutre de la source est isolé de la terre (ou relié par une impédance élevée) ; le premier défaut ne coupe pas, il est signalé par un contrôleur d'isolement et doit être recherché avant qu'un second défaut ne survienne.
Niveau 1
L'essentiel
- IT : aucun point du réseau n'est relié directement à la terre (ou il l'est par une impédance suffisamment élevée) ; les masses sont reliées à la terre (T).
- Au premier défaut, le courant est très faible : pas de danger et pas de coupure obligatoire. L'installation continue de fonctionner.
- Le RGIE impose alors une surveillance permanente : contrôleur permanent d'isolement (CPI), contrôleur d'isolement à courant différentiel-résiduel ou appareil équivalent. Il donne l'alerte jusqu'à ce que la recherche du défaut soit lancée.
- Le premier défaut doit être éliminé sans retard : un second défaut sur un autre conducteur provoque un vrai court-circuit, et là, les protections doivent couper.
- L'IT est choisi quand une coupure est inacceptable : processus industriels, installations de sécurité, certains locaux médicaux. Il demande un personnel compétent pour l'exploiter.
Comprendre
Pourquoi le premier défaut est sans danger
En IT, aucun point de la source n'est relié directement à la terre. Si une phase touche une masse reliée à la terre, le courant n'a presque pas de chemin pour revenir à la source. Il ne peut revenir que par les « fuites » naturelles de l'installation : les câbles se comportent comme de petits condensateurs entre les conducteurs et la terre. Ce courant reste faible : de l'ordre de quelques dixièmes d'ampère, davantage dans une installation très étendue. Multiplié par la faible résistance de la prise de terre des masses, il donne une tension sur la masse de quelques volts seulement.
Le rôle du contrôleur d'isolement
Le CPI injecte un petit signal entre le réseau et la terre et mesure la résistance d'isolement. Si elle descend sous un seuil réglé, il déclenche une alarme sonore et lumineuse. Il ne coupe rien. Un système de localisation permet ensuite de trouver le circuit en défaut sans couper l'installation. Le RGIE ne fixe pas de délai chiffré : il exige que les mesures soient prises sans retard.
Le second défaut
Si le premier défaut n'est pas réparé et qu'un autre conducteur entre en défaut ailleurs, le courant passe d'un conducteur à l'autre par les deux masses et le conducteur de protection : c'est un court-circuit. Les disjoncteurs ou fusibles doivent alors couper, comme en TN (masses reliées entre elles) ou avec des différentiels comme en TT (masses sur des prises de terre séparées).
Une exigence d'exploitation
L'IT n'est sûr que si quelqu'un réagit à l'alarme. Une installation IT dont l'alarme est ignorée finit par fonctionner avec un défaut permanent, et perd tout son intérêt.
Sur le terrain
Dans une usine agroalimentaire du Hainaut, une ligne de cuisson est alimentée par un transformateur dédié en IT, avec un CPI et un report d'alarme vers la salle de contrôle. En pleine production, l'alarme s'allume : un moteur présente un défaut d'isolement. Rien ne coupe, la ligne continue. Le technicien de maintenance localise le départ en défaut avec le système de localisation et planifie la réparation à l'arrêt de la ligne, le jour même. C'est exactement le service attendu de l'IT : continuité, signalisation, puis réparation sans retard.
Erreurs fréquentes
- Ignorer ou acquitter l'alarme du CPI sans rechercher le défaut.
- Croire que l'IT « ne coupe jamais » : au second défaut, il doit couper.
- Relier le neutre d'une installation IT à la terre « pour faire comme ailleurs » : le schéma n'est plus IT.
- Brancher un appareil qui relie une phase ou le neutre à la terre (certains filtres) sans vérifier sa compatibilité avec l'IT.
- Ajouter un circuit sur une installation IT sans revoir la surveillance : le RGIE l'applique à toute l'installation alimentée par la même source.
Niveau supérieur
L'essentiel
- Premier défaut : pas de coupure obligatoire si Id × RE ≤ UL, Id tenant compte des courants de fuite (RGIE, Livre 1, 4.2.3.4 d.2) ; surveillance permanente obligatoire, défaut éliminé « sans retard ».
- Le neutre, s'il existe, est isolé comme une phase ; le matériel alimenté entre phase et neutre est isolé au moins pour la tension entre phases (4.2.3.4 d.1). Le RGIE précise qu'en IT le neutre n'est en principe pas distribué (4.4.4.5).
- Second défaut, masses interconnectées : conditions du TN, Ia ≤ U / (2 × Zs) sans neutre distribué (U entre phases), Ia ≤ U0 / (2 × Z′s) avec neutre distribué (4.2.3.4 d.3 a).
- Second défaut, masses mises à la terre séparément : conditions du TT, en pratique IΔn × RE ≤ UL avec un différentiel par groupe de masses (4.2.3.4 d.3 b).
- Ia est le courant de fonctionnement du dispositif dans le temps donné par la courbe de sécurité.
Approfondir
Premier défaut
Les conducteurs présentent chacun une capacité C par rapport à la terre. Défaut franc de L1 à la terre : L1 est au potentiel de la terre, L2 et L3 sont alors à la tension composée U par rapport à la terre. Leurs courants capacitifs se referment par le défaut. Pour un réseau équilibré sans neutre : Id = 3 × ω × C × V = √3 × ω × C × U avec V tension simple, U tension composée, ω = 2 × π × f. Le calcul utilise la réactance capacitive XC = 1 / (ω × C).
Si une impédance relie le neutre à la terre (pour fixer le potentiel du réseau), son courant s'ajoute au courant capacitif. Le RGIE demande que Id tienne compte des courants de fuite et de l'impédance globale de mise à la terre.
Surveillance
Le RGIE admet trois moyens : contrôleur permanent d'isolement (éventuellement associé à un système de localisation), contrôleur d'isolement à courant différentiel-résiduel, ou dispositif de technologie au moins équivalente. L'appareil maintient son signal d'avertissement jusqu'à ce que les mesures de recherche soient prises ; dès le signalement, les mesures sont prises sans retard. Aucun délai chiffré n'est donné. Cette surveillance n'est pas exigée si la tension nominale ne dépasse pas UL. Concrètement : seuil du CPI (avec préalarme), report de l'alarme vers une personne responsable, localisateurs, procédure écrite. Voir La logique de dépannage.
Second défaut
Masses interconnectées par le PE : le courant circule entre deux conducteurs à travers les deux circuits en défaut. En supposant les impédances des deux circuits égales :
- neutre non distribué : Ia ≤ U / (2 × Zs), Zs impédance phase + PE du circuit ;
- neutre distribué : Ia ≤ U0 / (2 × Z′s), Z′s impédance neutre + PE du circuit (le second défaut peut concerner le neutre).
Comme en TN, on en déduit une longueur maximale. Si le neutre est distribué, une détection de surintensité est prévue sur le neutre de chaque circuit, sauf cas prévus (4.4.4.5).
Masses non interconnectées : le courant de second défaut traverse le sol, il est faible ; on applique la condition TT, IΔn × RE ≤ UL, avec un différentiel pour chaque groupe de masses.
Locaux médicaux
Le Livre 1 du RGIE ne contient pas de chapitre consacré aux locaux à usage médical. Les salles d'opération en IT relèvent de règles particulières (normes internationales, prescriptions propres à l'établissement) qu'il faut identifier pour chaque projet.
Exemple chiffré
Réseau IT 400 V entre phases, 50 Hz, sans neutre distribué, lieu sec (BB1, UL = 50 V). Capacité de chaque phase par rapport à la terre : C = 1 µF. Masses interconnectées, RE = 10 Ω.
- Premier défaut : ω = 2 × π × 50 = 314,2 rad/s. Id = √3 × ω × C × U = 1,732 × 314,2 × 1 × 10⁻⁶ × 400 = 0,218 A.
- Condition du RGIE : Id × RE = 0,218 × 10 = 2,2 V ≤ 50 V. Pas de coupure obligatoire ; la surveillance permanente l'est.
- Tension des phases saines par rapport à la terre pendant le premier défaut : 400 V au lieu de 230 V.
- Second défaut sur un circuit protégé par un disjoncteur C32, câble cuivre 6 mm² avec PE de 6 mm², ρ = 0,0225 Ω·mm²/m, impédance amont négligée. Ia = 10 × 32 = 320 A. Condition : Zs ≤ 400 / (2 × 320) = 0,625 Ω.
- Longueur maximale : Zs = 2 × ρ × L / S, donc L = 0,625 × 6 / (2 × 0,0225) = 3,75 / 0,045 = 83,3 m.
- Si le neutre était distribué (neutre 6 mm²) : Z′s ≤ 230 / 640 = 0,359 Ω, d'où L = 0,359 × 6 / 0,045 = 47,9 m. Le neutre distribué réduit la longueur admissible de plus de 40 %.
Erreurs fréquentes
- Calculer le courant de premier défaut comme en TT (U0 / (RE + RN)) alors qu'il n'y a pas de RN : il est capacitif.
- Choisir des récepteurs ou des parafoudres dimensionnés pour 230 V entre phase et terre, alors qu'au premier défaut ils voient 400 V.
- Oublier le facteur 2 dans la condition de second défaut.
- Distribuer le neutre sans recalculer les longueurs maximales ni prévoir sa détection de surintensité.
- Installer un CPI sans organiser le report d'alarme et la recherche du défaut sans retard.